[发明专利]一种能增强气动性能的带分流板的新型排气扩压器结构

说明书

本发明公开了一种能增强气动性能的带分流板的新型排气扩压器结构，该新型排气扩压器结构中引入了分流板结构。分流板结构可以抑制排气扩压器内支撑板附近的流动分离，降低总压损失，同时改善排气扩压器出口的流动状态，降低余速损失，进而提升排气扩压器的静压恢复性能。本发明的新型排气扩压器结构内部的分流板几何结构可根据上游动力涡轮排出气体的旋流角的大小进行匹配设计，以达到排气扩压器最佳的静压恢复性能。

技术领域

本发明属于燃气轮机技术领域，特别涉及一种能增强气动性能的带分流板的新型排气扩压器结构。

背景技术

燃气轮机的主要结构包括压气机、燃烧室、动力涡轮、排气扩压器。排气扩压器安装于动力涡轮下游，由支撑板连接轮毂和外壳体两部分结构并形成一个扩张形的通道。排气扩压器可以将动力涡轮排出的气体经过减速和扩压过程将动力涡轮出口燃气的部分动能转化为排气扩压器出口的静压，由于排气扩压器出口的静压一般为固定值(环境压力)。因此，排气扩压器的存在可以减弱动力涡轮出口的背压，增加动力涡轮的膨胀比，进而提升动力涡轮的功率输出，提升燃气轮机整机的效率。

随着现代工业的发展，燃气轮机的使用也变得更加广泛，在此背景下，探究如何提升燃气轮机的运行效率，减少其燃油消耗率具有十分重要的意义。现如今，诸如压气机，燃烧室，涡轮等部件已具有相当高的效率，进一步提升这些部件的效率具有极大的技术难度和需要极大的经济成本。而排气扩压器因为结构相对简单，进一步对其进行改进优化以提升其气动效率的空间很大，因此，探究如何提升排扩压器的气动性能也就具有重要的意义。静压恢复系数是评价排气扩压器气动性能的核心指标(静压恢复系数的取值范围为0～1)，该系数反映了排气扩压器的静压恢复能力。研究表明，排气扩压器的静压恢复系数每增加0.1，燃气轮机整体输出功率输出可提升0.8％。

传统常规的排气扩压器结构一般由轮毂，支撑板，外壳体部分构成。燃气轮机在变工况运行时，动力涡轮的转速的变化会导致排出的气体存在一定的旋流角，该气流进入排气扩压器后会在支撑板前缘附近形成一定的进气攻角，排气扩压器本身是一个扩张形的通道，气流在排气扩压器内的流动过程中是一个逆压过程。这两个因素的叠加会导致排气扩压器内部存在严重的流动分离，且分离涡主要集中于支撑板与外壳体形成的角区。分离涡的存在会显著降低排气扩压器的气动性能。因此，对排气扩压器的结构进行改进，减弱排气扩压器内的流动分离，增强其气动性能具有重要的工程意义。

发明内容

针对传统典型排气扩压器在大进气旋流角下流动损失大，静压恢复性能低的缺陷，为提高排气扩压器在大进气旋流下的静压恢复性能，本发明的目的在于提供一种能增强气动性能的带分流板的新型排气扩压器结构，该排气扩压器结构能够减弱排气扩压器内支撑板附近的流动分离，增强静压恢复能力。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种能增强气动性能的带分流板的新型排气扩压器结构，包括轮毂、支撑板和外壳体，所述支撑板连接于轮毂与外壳体之间，轮毂的外壁和外壳体的内壁构成气流流道，进气气流从相邻支撑板的板面之间流过。本发明还包括分流板；所述分流板的上端固定于外壳体的内壁，下端悬空。

在一个实施例中，所述分流板的数量与支撑板的数量一致，各分流板沿周向均匀分布，每个分流板与一个支撑板构成一个组合结构，在每个组合结构内，分流板与相应支撑板的周向夹角为α，α的取值范围为0～(360°/n)，n是分流板的数量。

在一个实施例中，

在一个实施例中，所述分流板的厚度m的取值范围为支撑板的最大厚度t的10％～50％。

在一个实施例中，所述分流板的前缘和尾缘均采用圆弧结构。

在一个实施例中，所述圆弧结构中，圆弧半径r＝m/2，m是分流板的厚度。

在一个实施例中，所述分流板的前缘与支撑板的前缘在同一轴向位置。